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了解电动位移平台在位移检测时原理与有限元分析

添加时间：2020-6-9 8:18:15 作者：浙江金科机械传动有限公司

1 电动位移平台测量系统结构
二维微位移平台测量系统主要包括微位移检测传感器、处理电路以及相关系统软件三个组成部分。其x、y 全量程均为50 lm ( 即±25 um) , 设计分辨率为1/ 5 000 fs ——1/ 10 000 fs。
其中, 微位移检测传感器主要由弹性体和敏感元件构成。敏感元件粘贴在弹性体上, 当弹性体产生位移时, 由敏感元件组成的两路惠斯通电桥将分别对x、y 方向位移进行精确的微纳米级测量。它的输出信号传送到电路系统中进行处理。
处理电路主要由基于片上系统的微处理器msc1210[ 4] 组成。附带多个增强功能, 集成度高。微位移检测传感器的检测信号经电路处理后, 其输出的数字信号经rs232 串口与pc机通讯。
系统软件包括微处理器程序和上位机程序。微处理器程序实现二维微位移测量信号的采样和处理。上位机软件是用高级语言设计而成的, 它可实现的功能有: 对微处理器的参数进行设置; 通过rs232 串口与硬件系统输出的数字信号进行通讯。

2 电动位移平台位移检测原理与有限元分析
我们设计的二维微位移平台微位移检测传感器由弹性体和敏感元件组成。如图2 所示, 弹性体由底座、上圆环、下圆环和应变梁构成, 实现x、y 方向位移测量的应变梁分布于上圆环与下圆环之间、下圆环与底座之间, 数量各为四根。上面一组应变梁用于y 方向位移的测量, 下面一组用于x 方向位移的测量。应变梁的宽度和厚度分别为3. 5 mm 和1mm, 厚度方向和测量方向一致。敏感元件为箔式应变片, 应变片粘贴在应变梁上, 组成一个惠斯通电桥。通过标定, 可以得到电桥输出电压和位移之间的关系。根据此关系式, 即可由输出电压测得位移的大小。代表x, y 方向位移信息的两路输出电压通过电路处理, 传送到上位机中, 为后续处理提供有效的实时传感反馈。
采用有限元方法对该系统进行分析, 可得到不同方向位移载荷作用下弹性体的变形和应变梁上的应变分布, 为传感器的设计和特性分析提供依据。微位移检测传感器分别在x、y 正方向位移满量程载荷作用下时产生的变形和z 方向应变分布。